CN208139619U - 一种配气机构及采用该配气机构的低温制冷机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了配气机构和对应的低温制冷机，配气机构包括配气阀（6）和旋转阀（7），配气阀（6）包括配气阀主体（6a）和配气阀座（6b），配气阀主体（6a）上背离配气阀座（6b）的配气平面（6a3）相对配气阀座（6b）凸出设置，配气平面（6a3）与旋转阀（7）上的切换平面（73）紧密贴合在一起且切换平面（73）凸出旋转阀（7）设置；所述的配气阀（6）固定安装在罩体（2）的安装腔内且旋转阀（7）能够绕其旋转主轴O相对配气阀（6）旋转，以切换配气侧流路与切换侧流路的连接状态。低温制冷机含有上述配气机构。本实用新型能够免除对旋转阀进行表面处理以降低成本，且仅有旋转阀是运动部件，确保设备的稳定性。

Description

一种配气机构及采用该配气机构的低温制冷机

技术领域

本实用新型涉及低温制冷机技术领域，具体地说是一种通过旋转阀旋转、配气阀静止来进行流路切换且能够降低成本、确保设备稳定性的配气机构及采用该配气机构的低温制冷机。

背景技术

以吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机为代表的超低温制冷机具有工作气体(也称为制冷剂气体)的膨胀机及压缩机。图1为该类制冷机。由压缩机1提供排出的高压气流，经由配气机构RV（配气阀6和旋转阀7）进入到置于气缸13内，上下往复运动的推移活塞内，与蓄冷材料10c进行换热，再到膨胀腔9内做功膨胀，再经过推移活塞，流出配气机构，回到压缩机1的低压腔内。通过上述连续循环过程，形成制冷效应。

具体来说，如图1所示的该类制冷机包含压缩机 1、罩体2、气缸 13、推移活塞 10，罩体2内装有电机12以及驱动的凸轮3；凸轮3上的偏心凸轮柄31带动连杆5将旋转运动转化成上下往复运动，从而带动推移活塞在气缸 13 内上下运动。配气机构 RV 由配气阀6和旋转阀7组成。配气阀6安装在罩体2内，由定位销16固定在其内，且与旋转阀7同轴布置。凸轮柄31带动安装在轴承14上的旋转阀7沿着旋转轴转动。压缩机1通过将制冷剂气体吸入、压缩，而使之作为高压的制冷剂气体排出。高压排气管道1a将高压的制冷剂气体向罩体2进行供给，并通过配气阀6上的高压气孔62传递给与之气密贴合的旋转阀7上的高压槽72内，高压槽72不与低压孔71连通。旋转阀7上开有低压孔71，且低压孔71与罩体2内的低压通路22连通。按照图 1 所示位置，低压孔71与配气阀6上的配气阀气孔63重叠连通；此刻，旋转阀7上的低压孔71、配气阀6上的配气阀气孔63以及罩体2上的罩体气孔21三者连通，系统处于低压排气阶段，膨胀腔9内的气体由高压变成低压，顺序通过推移活塞上的活塞后孔10b、蓄冷材料10c、活塞前孔10a流出，回到压缩机1的低压吸气管道1b。当旋转阀7旋转一定角度后，此时，低压孔71不与配气阀6上的配气阀气孔63连通，变成为旋转阀7上的高压槽72与配气阀6上的配气阀气孔63连通（未画出该配合关系），此刻压缩机1排出的高压气，经过配气阀6上的高压气孔 62 以及与之连通的旋转阀7上的高压槽72进入到气缸13内，顺序经推移活塞上的活塞前孔10a、蓄冷材料10c、活塞后孔10b 进入到膨胀腔9内。在上述过程中，压缩机1排出的高压气作用于配气阀6的背面66上，配气阀6依靠背面66上的正压力和弹簧15的弹力，与旋转阀7紧紧贴合起来形成气密的滑动接触面。旋转阀7和配气阀6均设计为沿着旋转轴的回转体结构，其中旋转阀7被轴承14能够旋转的支撑与罩体2内；配气阀6与旋转阀7同轴布置在罩体2内，配气阀6由阀体定位销16固定成不能旋转，但是可沿着旋转主轴O的轴向方向装卸。

通用的配气机构采用平面旋转阀，包含两个主要部件：旋转阀7和配气阀6，其中一个部件采用树脂耐磨材料，另一个部件采用金属材料做成。工作时，两个部件平面相互贴合，通过旋转阀7的转动，切换旋转阀7和配气阀6上的槽道的连通状态，实现高低压气流的切换。贴合的过程通过配气机构两侧的压差来时压紧。然后，配气阀6和旋转阀7之间紧紧压紧，气密的滑动接触。一般要对旋转阀7表面进行耐磨处理，配气阀6采用昂贵耐磨树脂制作。长期使用过程中，必须定期更换配气机构，价格昂贵。有文献提出将整体的旋转阀分割为金属的阀板主体和树脂的阀滑动体，只需更换阀滑动体即可。随着这种办法解决了成本问题，但是将传统的一个运动部件，变成两个运动部件（阀板主体和阀滑动体均要沿着旋转轴转动），增加了设备的不稳定性。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种通过旋转阀旋转、配气阀静止来进行流路切换且能够降低成本、确保设备稳定性的配气机构及采用该配气机构的低温制冷机。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种配气机构，包括含有配气侧流路的配气阀和含有切换侧流路的旋转阀，其特征在于：所述的配气阀包括固定连接且能够拆卸的配气阀主体和配气阀座，配气阀主体上背离配气阀座的配气平面相对配气阀座凸出设置，配气平面与旋转阀上的切换平面紧密贴合在一起且切换平面凸出旋转阀设置；所述的配气阀固定安装在罩体的安装腔内且旋转阀能够绕其旋转主轴O相对配气阀旋转，以切换所述配气阀的配气侧流路与所述旋转阀的切换侧流路的连接状态。

所述的配气阀主体、配气阀座和旋转阀沿旋转主轴O的轴向同轴设置且均能够沿旋转主轴O的轴向分别拆卸，配气阀主体和配气阀座构成的配气阀相对罩体静止不动。

所述的配气阀主体上设有沿轴向贯穿配气阀主体的高压通路和配气通路，所述配气阀座上设有沿轴向贯穿配气阀座的阀座高压通路、沿折向贯穿配气阀座的阀座配气通路；所述的高压通路与阀座高压通路相对贯通设置且能够与压缩机的高压排气管道连通；所述的配气通路和阀座配气通路相对贯通设置且能够与罩体上的罩体气孔相连通。

所述的高压通路与阀座高压通路能够通过旋转阀上的高压槽与配气通路、阀座配气通路、罩体气孔相连通；或者所述的阀座配气通路、配气通路通过贯穿旋转阀的低压孔与罩体上的低压通路相连通。

所述的高压通路与阀座高压通路由设置在两者连通处且位于阀座高压通路侧的第三密封圈保持气密的连通；所述的阀座配气通路和配气通路通过第三密封圈和第四密封圈相结合以保持两者气密的连通。

所述的第三密封圈嵌置在阀座高压通路内腔末端设置的正向密封槽内。

所述配气阀座的阀座背面受到高压排气管道排出的高压气沿旋转主轴O的轴向朝向旋转阀的正压力，使得配气阀主体上的配气平面与旋转阀上的切换平面紧密贴合在一起，亦使得配气阀主体上的主体背面与配气阀座上的阀座前面紧密贴合在一起。

所述的配气阀主体和配气阀座通过阀内定位销偏心固定连接在一起，在配气阀主体上设有供阀内定位销一端插入的主体销孔且在配气阀座上设有供阀内定位销另一端插入的阀座销孔。

所述的配气阀座上开设有能够嵌入配气阀主体的容纳腔，该容纳腔的容纳腔边缘径向长度与配气阀主体的主体外径面的径向长度一致，且在容纳腔的内壁上设有放置第四密封圈的侧向密封槽；所述配气阀座的阀座外径面上设有嵌置在罩体的安装腔内壁上的第一密封圈和第二密封圈，对配气阀座进行侧向密封。

所述配气阀主体的主体外径面和配气阀座的阀座外径面径向大小一致且配气阀主体和配气阀座皆安装在罩体内，在罩体的容纳腔的内壁上开有放置第四密封圈的侧向密封槽；所述配气阀座的阀座外径面上设有嵌置在罩体的容纳腔内壁上的第一密封圈和第二密封圈，对配气阀座进行侧向密封。

所述配气阀主体的材质硬度低于旋转阀的材质硬度，例如配气阀主体采用树脂材料制成，旋转阀以及配气阀座可采用不锈钢或其他金属材质做成。

一种采用配气机构的低温制冷机，其特征在于：所述的低温制冷机包括上述的配气机构，该配气机构的配气阀座通过阀体定位销偏心固定在罩体上且配气阀座背离配气阀主体的端侧嵌置有弹簧；该配气机构的旋转阀通过轴承定位在罩体内。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型通过将配气阀主体和配气阀座组装成配气阀，配气阀主体选用树脂材料制成、配气阀座选用的材料硬度高于树脂材料且旋转阀选用的材料硬度亦高于树脂材料，同时配气阀主体具有润滑的配气平面；从而免除对旋转阀进行表面处理以降低成本，且该配气机构中仍只有旋转阀是运动部件，配气机构不引出新的运动部件，将该配气机构安装在低温制冷机上，确保了设备的稳定性。

附图说明

附图 1 是表示传统配气机构的低温制冷机的构成示意图；

附图 2 是本实用新型的配气机构安装在罩体内的组装机构示意图；

附图 3 是本实用新型的配气机构在低压气路连通状态时的结构示意图；

附图 4 是附图3中的配气阀的详细结构示意图；

附图 5 是本实用新型的配气机构在高压气路连通状态时的结构示意图；

附图 6 是附图5中的配气阀的详细结构示意图；

附图 7 是本实用新型的配气机构中的旋转阀详细结构示意图。

其中：1—压缩机；1a—高压排气管道；1b—低压吸气管道；2—罩体；21—罩体气孔；22—低压通路；3—凸轮；31—偏心凸轮柄；4—导向套；5—连杆；6—配气阀；6a—配气阀主体；6a1—高压通路；6a2—配气通路；6a3—配气平面；6a4—主体背面；6a5—主体销孔；6a6—主体外径面；6b—配气阀座；6b1—阀座高压通路；6b2—阀座配气通路；6b3—阀座背面；6b4—阀座前面；6b5—阀座销孔；6b7—阀座外径面；6b8—正向密封槽；6c—阀内定位销；62—高压气孔；63—配气阀气孔；66—背面；7—旋转阀；71—低压孔；72—高压槽；73—切换平面；8—热腔；9—膨胀腔；10a—活塞前孔；10b—活塞后孔；10c—蓄冷材料；12—电机；13—气缸；14—轴承；15—弹簧；16—阀体定位销；b1—第一密封圈；b2—第二密封圈；b3—第三密封圈；b4—第四密封圈；Y—容纳腔；Y1—侧向密封槽；Y2—容纳腔边缘。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图2-7所示：一种配气机构，包括含有配气侧流路的配气阀6和含有切换侧流路的旋转阀7，该配气阀6包括固定连接且能够拆卸的配气阀主体6a和配气阀座6b，配气阀主体6a和配气阀座6b通过阀内定位销6c偏心固定连接在一起，在配气阀主体6a上设有供阀内定位销6c一端插入的主体销孔6a5且在配气阀座6b上设有供阀内定位销6c另一端插入的阀座销孔6b5；配气阀主体6a上背离配气阀座6b的配气平面6a3相对配气阀座6b凸出设置，配气平面6a3与旋转阀7上的切换平面73紧密贴合在一起且切换平面73凸出旋转阀7设置；配气阀6固定安装在罩体2的安装腔内，配气阀主体6a、配气阀座6b和旋转阀7沿旋转主轴O的轴向同轴设置且均能够沿旋转主轴O的轴向分别拆卸，配气阀主体6a和配气阀座6b构成的配气阀6相对罩体2静止不动且旋转阀7能够绕其旋转主轴O相对配气阀6旋转，以切换所述配气阀6的配气侧流路与所述旋转阀7的切换侧流路的连接状态。即配气阀主体6a和配气阀座6b均不能沿着旋转主轴O进行圆周运动，只有旋转阀7一个部件沿着旋转主轴O转动。

如图2、3、5所示，依靠与压缩机1的高压排气管道1a连通的高压气，在配气阀座6b的背面阀座背面6b3上形成沿着旋转主轴O轴向方向、朝向旋转阀7方向的正压力（图3所示弹簧侧的箭头方向），由于旋转阀7被设计成安装在轴承14上，故旋转阀7不沿着旋转主轴O的轴向向低压流向（图3所示旋转阀侧的箭头方向）轴向移动。因此配气阀座6b的阀座背面6b3受到高压排气管道1a排出的高压气沿旋转主轴O的轴向朝向旋转阀7的正压力，使得配气阀主体6a上的配气平面6a3与旋转阀7上的切换平面73紧密贴合在一起，亦使得配气阀主体6a上的主体背面6a4与配气阀座6b上的阀座前面6b4紧密贴合在一起。

如图2-7所示：具体来说，配气阀主体6a上设有沿轴向贯穿配气阀主体6a的高压通路6a1和配气通路6a2，所述配气阀座6b上设有沿轴向贯穿配气阀座6b的阀座高压通路6b1、沿折向贯穿配气阀座6b的阀座配气通路6b2；高压通路6a1与阀座高压通路6b1相对贯通设置且能够与压缩机1的高压排气管道1a连通，进一步说，高压通路6a1与阀座高压通路6b1由设置在两者连通处且位于阀座高压通路6b1侧的第三密封圈b3保持气密的连通，第三密封圈b3嵌置在阀座高压通路6b1内腔末端设置的正向密封槽6b8内；配气通路6a2和阀座配气通路6b2相对贯通设置且能够与罩体2上的罩体气孔21相连通，进一步说，阀座配气通路6b2和配气通路6a2通过第三密封圈b3和第四密封圈b4相结合以保持两者气密的连通。在此基础上，高压通路6a1与阀座高压通路6b1能够通过旋转阀7上的高压槽72与配气通路6a2、阀座配气通路6b2、罩体气孔21相连通（如图5所示）；或者阀座配气通路6b2、配气通路6a2通过贯穿旋转阀7的低压孔71与罩体2上的低压通路22相连通（如图3所示）。

另外如图3、5所示，配气阀座6b安装在罩体2内，在配气阀座6b的阀座外径面6b7上设有嵌置在罩体2的安装腔内壁上的第一密封圈b1和第二密封圈b2，对配气阀座6b进行侧向密封，且实现对阀座配气通路6b2与罩体气孔21气密的连通。由此，高压通路6a1与阀座高压通路6b1气密的贯通，且与压缩机1的高压排气管道1a气密的连通；配气通路6a2和阀座配气通路6b2贯通且与气缸13内的气体气密连通，内部压力由旋转阀7旋转切换决定。

为实现配气阀主体6a与配气阀座6b同轴布置，有两种实施方式：

第一种实施方式如图3、图4所示，在配气阀座6b上开设有能够嵌入配气阀主体6a的容纳腔Y，该容纳腔Y的容纳腔边缘Y2径向长度与配气阀主体6a的主体外径面6a6的径向长度一致，且在容纳腔Y的内壁上设有放置第四密封圈b4的侧向密封槽Y1；该配气阀座6b的阀座外径面6b7上设有嵌置在罩体2的安装腔内壁上的第一密封圈b1和第二密封圈b2，对配气阀座6b进行侧向密封。

第二种实施方式如图5、图6所示，在配气阀主体6a的主体外径面6a6和配气阀座6b的阀座外径面6b7径向大小一致且配气阀主体6a和配气阀座6b皆安装在罩体2内，在罩体2的容纳腔Y的内壁上开有放置第四密封圈b4的侧向密封槽Y1；所述配气阀座6b的阀座外径面6b7上设有嵌置在罩体2的容纳腔Y内壁上的第一密封圈b1和第二密封圈b2，对配气阀座6b进行侧向密封。

按照上述实施方式，配气阀主体6a的材质硬度低于旋转阀7的材质硬度，例如配气阀主体6a采用树脂材料制成，旋转阀7以及配气阀座6b可采用不锈钢或其他金属材质做成；则旋转阀7不需要进行任何表面处理，只需要采用更加耐磨的金属制作，免去了昂贵的制作费用。同时，由于该配气机构在工作过程中，运动部件仍只有一件，即旋转阀7，与传统配气机构相比较，不增加运动部件，保持了设备长期运行的稳定性。

一种采用上述配气机构的低温制冷机，该低温制冷机包括上述的配气机构，该配气机构的配气阀座6b通过阀体定位销16偏心固定在罩体2上且配气阀座6b背离配气阀主体6a的端侧嵌置有弹簧15，该配气机构的旋转阀7通过轴承14定位在罩体2内。该低温制冷机是阀门切换式的任何形式的制冷机，不局限于吉福德-麦克马洪制冷机、索尔文制冷机、脉管制冷机等。

本实用新型通过将配气阀主体6a和配气阀座6b组装成配气阀6，配气阀主体6a选用树脂材料制成、配气阀座6b选用的材料硬度高于树脂材料且旋转阀7选用的材料硬度亦高于树脂材料，同时配气阀主体6a具有润滑的配气平面6a3；从而免除对旋转阀7进行表面处理以降低成本，且该配气机构中仍只有旋转阀7是运动部件，配气机构不引出新的运动部件，将该配气机构安装在低温制冷机上，确保了设备的稳定性。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (12)

1.一种配气机构，包括含有配气侧流路的配气阀（6）和含有切换侧流路的旋转阀（7），其特征在于：所述的配气阀（6）包括固定连接且能够拆卸的配气阀主体（6a）和配气阀座（6b），配气阀主体（6a）上背离配气阀座（6b）的配气平面（6a3）相对配气阀座（6b）凸出设置，配气平面（6a3）与旋转阀（7）上的切换平面（73）紧密贴合在一起且切换平面（73）凸出旋转阀（7）设置；所述的配气阀（6）固定安装在罩体（2）的安装腔内且旋转阀（7）能够绕其旋转主轴O相对配气阀（6）旋转，以切换所述配气阀（6）的配气侧流路与所述旋转阀（7）的切换侧流路的连接状态。

2.根据权利要求1所述的配气机构，其特征在于：所述的配气阀主体（6a）、配气阀座（6b）和旋转阀（7）沿旋转主轴O的轴向同轴设置且均能够沿旋转主轴O的轴向分别拆卸，配气阀主体（6a）和配气阀座（6b）构成的配气阀（6）相对罩体（2）静止不动。

3.根据权利要求1所述的配气机构，其特征在于：所述的配气阀主体（6a）上设有沿轴向贯穿配气阀主体（6a）的高压通路（6a1）和配气通路（6a2），所述配气阀座（6b）上设有沿轴向贯穿配气阀座（6b）的阀座高压通路（6b1）、沿折向贯穿配气阀座（6b）的阀座配气通路（6b2）；所述的高压通路（6a1）与阀座高压通路（6b1）相对贯通设置且能够与压缩机（1）的高压排气管道（1a）连通；所述的配气通路（6a2）和阀座配气通路（6b2）相对贯通设置且能够与罩体（2）上的罩体气孔（21）相连通。

4.根据权利要求3所述的配气机构，其特征在于：所述的高压通路（6a1）与阀座高压通路（6b1）能够通过旋转阀（7）上的高压槽（72）与配气通路（6a2）、阀座配气通路（6b2）、罩体气孔（21）相连通；或者所述的阀座配气通路（6b2）、配气通路（6a2）通过贯穿旋转阀（7）的低压孔（71）与罩体（2）上的低压通路（22）相连通。

5.根据权利要求3所述的配气机构，其特征在于：所述的高压通路（6a1）与阀座高压通路（6b1）由设置在两者连通处且位于阀座高压通路（6b1）侧的第三密封圈（b3）保持气密的连通；所述的阀座配气通路（6b2）和配气通路（6a2）通过第三密封圈（b3）和第四密封圈（b4）相结合以保持两者气密的连通。

6.根据权利要求5所述的配气机构，其特征在于：所述的第三密封圈（b3）嵌置在阀座高压通路（6b1）内腔末端设置的正向密封槽（6b8）内。

7.根据权利要求1所述的配气机构，其特征在于：所述配气阀座（6b）的阀座背面（6b3）受到高压排气管道（1a）排出的高压气沿旋转主轴O的轴向朝向旋转阀（7）的正压力，使得配气阀主体（6a）上的配气平面（6a3）与旋转阀（7）上的切换平面（73）紧密贴合在一起，亦使得配气阀主体（6a）上的主体背面（6a4）与配气阀座（6b）上的阀座前面（6b4）紧密贴合在一起。

8.根据权利要求1所述的配气机构，其特征在于：所述的配气阀主体（6a）和配气阀座（6b）通过阀内定位销（6c）偏心固定连接在一起，在配气阀主体（6a）上设有供阀内定位销（6c）一端插入的主体销孔（6a5）且在配气阀座（6b）上设有供阀内定位销（6c）另一端插入的阀座销孔（6b5）。

9.根据权利要求1、5、8任一所述的配气机构，其特征在于：所述的配气阀座（6b）上开设有能够嵌入配气阀主体（6a）的容纳腔（Y），该容纳腔（Y）的容纳腔边缘（Y2）径向长度与配气阀主体（6a）的主体外径面（6a6）的径向长度一致，且在容纳腔（Y）的内壁上设有放置第四密封圈（b4）的侧向密封槽（Y1）；所述配气阀座（6b）的阀座外径面（6b7）上设有嵌置在罩体（2）的安装腔内壁上的第一密封圈（b1）和第二密封圈（b2），对配气阀座（6b）进行侧向密封。

10.根据权利要求1、5、8任一所述的配气机构，其特征在于：所述配气阀主体（6a）的主体外径面（6a6）和配气阀座（6b）的阀座外径面（6b7）径向大小一致且配气阀主体（6a）和配气阀座（6b）皆安装在罩体（2）内，在罩体（2）的容纳腔（Y）的内壁上开有放置第四密封圈（b4）的侧向密封槽（Y1）；所述配气阀座（6b）的阀座外径面（6b7）上设有嵌置在罩体（2）的容纳腔（Y）内壁上的第一密封圈（b1）和第二密封圈（b2），对配气阀座（6b）进行侧向密封。

11.根据权利要求1所述的配气机构，其特征在于：所述配气阀主体（6a）的材质硬度低于旋转阀（7）的材质硬度。

12.一种采用如权利要求1-11任一所述的配气机构的低温制冷机，其特征在于：所述的低温制冷机包括上述的配气机构，该配气机构的配气阀座（6b）通过阀体定位销（16）偏心固定在罩体（2）上且配气阀座（6b）背离配气阀主体（6a）的端侧嵌置有弹簧（15）；该配气机构的旋转阀（7）通过轴承（14）定位在罩体（2）内。